◆李強(qiáng) 閆飛

計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用

◆李強(qiáng) 閆飛

（陜西省榆林市榆能集團(tuán)榆神煤電有限公司 陜西 719000）

在煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)不僅能夠提升煤礦生產(chǎn)管理效率，還能減少煤礦傷亡事故，是現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展趨勢。本文首先介紹傳統(tǒng)煤礦生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中存在的問題，然后分析計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理、通信設(shè)計(jì)特點(diǎn)和用于煤礦生產(chǎn)的優(yōu)勢，最后對計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)中的具體應(yīng)用進(jìn)行探討，希望能為有關(guān)企業(yè)提供一定參考。

計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)；煤礦生產(chǎn)；應(yīng)用

近年來，隨著各種先進(jìn)技術(shù)和機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用，我國煤礦行業(yè)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)作業(yè)，但同時(shí)煤礦生產(chǎn)的管理問題和安全問題也日益突顯。計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)是綜合利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息傳輸技術(shù)以及傳感器技術(shù)等最新技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視控制的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的應(yīng)用為現(xiàn)代化煤礦生產(chǎn)提供了全新的管理技術(shù)手段。

1 傳統(tǒng)煤礦生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中存在的問題

傳統(tǒng)煤礦生產(chǎn)基本依靠人工來完成，輸送機(jī)大多為帶式輸送機(jī)，其控制方法比較單一，啟動和停止都需要工人手動控制。由于煤礦生產(chǎn)工作環(huán)境比較惡劣，輸送機(jī)極易發(fā)生故障，常見的有輸送帶斷裂、輸送帶打滑、輸送帶運(yùn)輸方向偏移等，如果輸送機(jī)工作過程中發(fā)生故障沒有被及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，可能會影響整個(gè)生產(chǎn)鏈的有序運(yùn)行，給煤礦生產(chǎn)帶來經(jīng)濟(jì)損失甚至發(fā)生重大安全事故。

為了解決人工控制的缺陷，煤礦生產(chǎn)企業(yè)逐步推進(jìn)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，但傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)也存在一些不足。比如早期的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)，也稱為閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)，監(jiān)控范圍只有100米左右，雖然可保存視頻、音頻和圖像，但存儲的內(nèi)容只能在監(jiān)控中心才能看到。再后來的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，其監(jiān)控范圍擴(kuò)大，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻傳輸與回放，還具備了自動異常檢測與報(bào)警、結(jié)構(gòu)化的視頻數(shù)據(jù)存儲等功能[1]，但大多用的是局域網(wǎng)，不能通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息共享，不利于上層管理者對煤礦系統(tǒng)的現(xiàn)代化統(tǒng)一管理和統(tǒng)一調(diào)度。

2 計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理和優(yōu)點(diǎn)

2.1 工作原理

計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)是依托于計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息傳輸技術(shù)以及傳感器技術(shù)等多種現(xiàn)代化技術(shù)手段，對煤礦生產(chǎn)鏈進(jìn)行綜合監(jiān)測和控制的系統(tǒng)。該系統(tǒng)由中心站、信息傳輸裝置和傳感器執(zhí)行裝置三大部分構(gòu)成，工作原理是：布置在煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場的傳感器對監(jiān)控范圍內(nèi)的工作環(huán)境、機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測，并將監(jiān)測到的圖像、聲音、視頻等信息通過傳輸設(shè)備傳遞給中心站，然后系統(tǒng)中心對接收到的信息進(jìn)行分析處理，并根據(jù)分析結(jié)果發(fā)出相應(yīng)指令，以此來實(shí)現(xiàn)對煤礦生產(chǎn)的遠(yuǎn)程智能監(jiān)測與控制。計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 通信設(shè)計(jì)特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行串行通信來實(shí)現(xiàn)對煤礦生產(chǎn)的監(jiān)視和控制。從通信設(shè)計(jì)角度來講，該系統(tǒng)由上位機(jī)與下位機(jī)兩個(gè)部分構(gòu)成。下位機(jī)包括工業(yè)用單片機(jī)、傳感器及其連接件、電源電路和放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、報(bào)警輸出電路等硬件。下位機(jī)將采集到的煤礦生產(chǎn)情況轉(zhuǎn)換為光纖信號后傳送到上位機(jī)中，上位機(jī)連接的計(jì)算機(jī)對光纖信號進(jìn)行識別解碼，并將解讀結(jié)果以圖像、聲音、視頻等形式展現(xiàn)在顯示屏上，如果計(jì)算機(jī)分析發(fā)現(xiàn)下位機(jī)傳送的信息包含故障信號，就會控制上位機(jī)連接的報(bào)警器發(fā)出相應(yīng)警報(bào)，同時(shí)根據(jù)診斷出的故障類型自主下達(dá)處理指令。

圖1 計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

在計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)中，大多采用“一對多”的通信形式，即利用一臺上位機(jī)通過多個(gè)下位機(jī)對煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場的多個(gè)生產(chǎn)環(huán)境和機(jī)械設(shè)備實(shí)施監(jiān)視和控制。為了保證系統(tǒng)通信有序進(jìn)行，避免因上位機(jī)、下位機(jī)之間發(fā)生通信沖突影響監(jiān)控效果，在實(shí)際應(yīng)用中需要采用2級通信形式，在上位機(jī)和下位機(jī)之間增加控制中心一環(huán)。下位機(jī)采集到的現(xiàn)場信息要先發(fā)送給控制中心，然后控制中心再傳送給上位機(jī)，同樣的，上位機(jī)發(fā)送的控制指令也要經(jīng)過控制中心再到達(dá)下位機(jī)的智能終端，這樣將控制中心作為上、下位機(jī)之間的緩沖環(huán)節(jié)，可以有效提升上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信穩(wěn)定性與可靠性。

2.3 計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

相比于人工控制和之前的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）智能監(jiān)控系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)的人工手動控制，利用多個(gè)傳感器和傳輸設(shè)備實(shí)現(xiàn)了對煤礦生產(chǎn)鏈的全面監(jiān)測和控制，監(jiān)控效果大大提升，既優(yōu)化了人力資源配置，又能避免人工控制發(fā)生安全事故。

（2）智能監(jiān)控系統(tǒng)對煤礦生產(chǎn)設(shè)備工作情況信息的監(jiān)測和傳輸更加清晰、及時(shí)，在設(shè)備發(fā)生故障后能夠迅速發(fā)出反饋指令，防止故障造成的損失進(jìn)一步擴(kuò)大。

（3）智能監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程操控，同時(shí)利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控信息共享，有利于對煤礦系統(tǒng)的現(xiàn)代化統(tǒng)一管理和調(diào)度。

3 計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)中的具體應(yīng)用

3.1 實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場工作情況

實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測信息是計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能。煤礦生產(chǎn)企業(yè)可以將下位機(jī)設(shè)置于主井口與副井口、各個(gè)出入口、掘進(jìn)區(qū)、監(jiān)控室、采煤區(qū)與井下通道、機(jī)房等地點(diǎn)，全方位覆蓋煤礦生產(chǎn)作業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，下位機(jī)將采集到的音視頻信息經(jīng)過初步處理傳遞給上位機(jī)，上位機(jī)對收到的信息進(jìn)行特殊處理后以音視頻的形式顯示在屏幕上。這個(gè)過程保證了信息采集、傳輸和顯示的可靠性，且在屏幕上顯示的礦井環(huán)境情況和設(shè)備工作狀態(tài)與現(xiàn)場實(shí)際情況保持一致，使監(jiān)控人員通過系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地了解到煤礦現(xiàn)場的作業(yè)情況。

3.2 智能判別設(shè)備運(yùn)行故障

帶式輸送機(jī)是現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)的主要設(shè)備，其故障的監(jiān)測和防治對于煤礦生產(chǎn)企業(yè)的正常運(yùn)行具有重要意義[2]。煤礦企業(yè)可以利用計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)對輸送機(jī)故障進(jìn)行智能化判斷，從而提升故障處理效率。具體方法是：將輸送機(jī)常見故障如打滑、斷帶、縱撕、跑偏、堆煤等，通過程序的編輯對應(yīng)到相應(yīng)的字節(jié)上，當(dāng)輸送機(jī)發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)相應(yīng)的字節(jié)來判別故障類型，進(jìn)而對故障進(jìn)行智能的分析判斷，同時(shí)提出應(yīng)對策略，為工作人員提供參考。

3.3 輸送機(jī)的自動化控制

智能控制是計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)另一基礎(chǔ)功能，煤礦企業(yè)利用這一功能可以實(shí)現(xiàn)對煤礦生產(chǎn)鏈上各設(shè)備工作狀態(tài)的自動化控制。以輸送帶張力的自動化控制為例，下位機(jī)將輸送帶張力值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并傳遞給上位機(jī)，上位機(jī)將獲取到的數(shù)字量與預(yù)設(shè)的上、下限數(shù)字量進(jìn)行對比，當(dāng)發(fā)現(xiàn)張力超限時(shí)迅速給出相應(yīng)的報(bào)警信號與觸點(diǎn)信號，而觸點(diǎn)信號既可用于輸送帶電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制，也可用作輸送帶電機(jī)的開關(guān)信號，完成對輸送帶張力的自動化控制。

3.4 在井下環(huán)境控制中的應(yīng)用

針對計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)具有的遠(yuǎn)程控制設(shè)備運(yùn)行的功能，可以將該系統(tǒng)用于井下環(huán)境智能控制的工作中。下面以智能控制礦井中粉塵濃度為例進(jìn)行說明。

在煤礦開采區(qū)的主要回風(fēng)大巷中安裝粉塵濃度傳感器、電磁閥供電開關(guān)、防爆電磁閥和噴霧灑水裝置，計(jì)算機(jī)接收到粉塵濃度傳感器傳送的信號后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以圖表等形式展現(xiàn)出來，同時(shí)根據(jù)井下巷道內(nèi)的實(shí)時(shí)粉塵濃度來確定是否需要噴霧灑水以及何時(shí)停止噴霧灑水，并下達(dá)相關(guān)指令。當(dāng)粉塵濃度達(dá)到一定上限時(shí)，井下分站對電磁閥供電開關(guān)執(zhí)行斷電動作，電磁閥供電開關(guān)選用常閉狀態(tài)供電，隨即防爆電磁閥在供電狀態(tài)下打開供水管道通路，噴霧灑水裝置開始工作；當(dāng)粉塵濃度回落到某一數(shù)值后，井下分站對電磁閥供電開關(guān)執(zhí)行復(fù)電操作，電磁閥供電開關(guān)控制電路轉(zhuǎn)換為開路狀態(tài)，防爆電磁閥失電，其控制的供水管路被切斷，噴霧灑水裝置停止工作[3]。

3.5 應(yīng)用注意事項(xiàng)

在計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，有兩點(diǎn)需要特別注意。其一，系統(tǒng)的上位機(jī)大多采用的是微軟通信控件，因此上位機(jī)的設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減少Flash動畫的使用，否則，監(jiān)控界面使用較多的Flash動畫設(shè)計(jì)會影響系統(tǒng)的通信穩(wěn)定性，造成上位機(jī)與下位機(jī)的連接中斷。其二，在智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用過程中有時(shí)會發(fā)生信號缺失，導(dǎo)致上位機(jī)傳遞的指令不能全面、準(zhǔn)確的傳遞給下位機(jī)，因此在選擇下位機(jī)硬件設(shè)備時(shí)，應(yīng)充分考慮設(shè)備是否有較強(qiáng)的排除干擾信號的能力，從而保證下位機(jī)對上位機(jī)指令的有效執(zhí)行。

綜上所述，計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)人工控制和模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)測和控制效果更佳，將其應(yīng)用于現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)中能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場工作情況的實(shí)時(shí)顯示、設(shè)備運(yùn)行故障的智能判別、輸送機(jī)工作狀態(tài)的自動化控制以及礦井開采區(qū)環(huán)境的智能控制，既優(yōu)化了人力資源配置，又能避免人工控制發(fā)生安全事故，值得廣泛推廣和深入研究。

[1]田永強(qiáng).智能視頻監(jiān)控技術(shù)研究及應(yīng)用[J].科技資訊，2019，017（005）：6，8.

[2]武林海.帶式輸送機(jī)常見故障檢測及防治系統(tǒng)研究[J].煤礦機(jī)械，2019，40（02）：145-147.

[3]陳國永.智能監(jiān)控在煤礦設(shè)備安全運(yùn)行中的應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2017（7）：121，123.